PL188569B1 - Sposób wytwarzania mocznika i instalacja do wytwarzania mocznika - Google Patents

Abstract

1. Sposób w ytw arzania m ocznika, w którym prowadzi sie e ta p y - w prow adzania am oniaku i dw utlenku w egla do przestrzeni reakcyjnej, - poddaw ania reakcji am oniaku z dwutlenkiem wegla w przestrzeni reakcyjnej, otrzym ujac m ieszanine reakcyjna zaw ierajaca m ocznik, karbam inian i w olny amoniak w wodnym roztw orze; - w prow adzania w ym ienionej m ieszaniny do sek- cji odzyskiwania mocznika; - oddzielania karbam inianu i w olnego am oniaku w roztworze wodnym od m ocznika w sekcji odzyskiw a- nia, znam ienny tym , ze dalej p r o w a d z i........................ 8. Instalacja do w ytw arzania m ocznika obejm u- jaca - reaktor syntezy m ocznika (2), - srodki (13, 14) do zasilania am oniakiem i dw u- tlenkiem wegla reaktora syntezy m ocznika (2), - sekcje odzyskiw ania (3) z m ieszaniny reakcyj- nej zawierajacej m ocznik, karbam inian i w olny am oniak w wodnym roztw orze, opuszczajacej reaktor syntezy mocznika (2), dla oddzielenia m ocznika od karbam inianu i wolnego am oniaku w wodnym roztw orze, znam ienna tym, ze w yposazona jest w - jednostke odpedzania (10), co najm niej czesci karbaminianu i w olnego am oniaku w wodnym roztw orze otrzymanych w sekcji odzyskiw ania m ocznika (3), pod- dawanych obróbce czesciow ego Fig 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mocznika i instalacja do wytwarzania mocznika o wysokiej wydajności konwersji i niskim zuzyciu energii.

Bardziej szczegółowo wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania mocznika, w któiym prowadzi się etapy:

- zasilania amoniakiem i dwutlenkiem węgla przestrzeni reakcyjnej;

- poddawania reakcji amoniaku i dwutlenku węgla w przestrzeni reakcyjnej, otrzymując mieszaninę reakcyjną zawierającą mocznik, karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze;

- wprowadzania tej mieszaniny do sekcji odzyskiwania mocznika;

- oddzielania karbaminianu i wolnego amoniaku w roztworze wodnym od mocznika, w wymienionej sekcji odzyskiwania.

Wynalazek również dotyczy instalacji do realizacji sposobu jak również sposobu modernizacji istniejących instalacji mocznika, celem uzyskania zmodernizowanych instalacji według wynalazku.

W opisie przedstawionym poniżej i w załączonych zastrzeżeniach patentowych termin „modernizacja” należy rozumieć jako oznaczający lokalną modyfikację dotychczas funkcjonującej instalacji celem poprawienia jej sprawności i uzyskania, na przykład, większej zdolności produkcyjnej i/lub większej wydajności konwersji, jak również zmniejszenia zużycia energii.

Wiadomym jest, w odniesieniu do wytwarzania mocznika, że wzrasta zapotrzebowanie na instalacje z jednej strony o większej zdolności produkcyjnej i elastyczności pracy, wymaga4

188 569 jąc zarazem, z drugiej strony, niższych nakładów inwestycyjnych i kosztów operacyjnych, w szczególności związanych ze zużyciem energii.

W tym celu, w dziedzinie wytwarzania mocznika, zaproponowano i zastosowano kilka sposobów bazujących głównie na prowadzaniu reakcji konwersji w przestrzeni reakcyjnej zasilanej amoniakiem (NH3) i dwutlenkiem węgla (CO2), do której zawracane są nieprzereagowane substancje zawarte w roztworze mocznika opuszczającym przestrzeń reakcyjną, w szczególności amoniak, dwutlenek węgla i rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym.

Instalacja do przeprowadzania procesu tego typu obejmuje sekcję odzyskiwania mocznika, usytuowaną za przestrzenią reakcyjną, w celu oddzielania nieprzereagowanych substancji od roztworu mocznika i ich zawracania. Poza tym, reakcja syntezy w przestrzeni reakcyjnej jest przeprowadzana pod wysokimi ciśnieniami, na ogół wyższymi od 20 MPa (22-24 MPa), i przy wysokich proporcjach molowych NH3/CO2, wynoszących pomiędzy 3,6-4,0, przy wydajności konwersji w zakresie od 64% do 70%.

W celu obniżenia wysokiego zużycia energii, która jest niezbędna do prowadzenia takich procesów, proponowano z kolei prowadzenie reakcji konwersji w dwóch różnych przestrzeniach reakcyjnych, mających różne wydajności i usytuowanych równolegle względem siebie, co opisano na przykład w EP-A-0 479 103.

Również w tym przypadku wszystkie nieprzereagowane substancje są zawracane do jednej z przestrzeni reakcyjnych.

Podczas gdy, z jednej strony zawracanie to umożliwia prawie całkowite odzyskanie cennych substancji, takich jak amoniak i dwutlenek węgla, to z drugiej strony wywołuje konieczność wprowadzania do reaktora wielkich ilości wody (H2O), która bardzo ogranicza wydajność globalnej konwersji dwutlenku węgla w mocznik, która to wydajność ogólnie wynosi pomiędzy 55% i 62%.

We wszystkich procesach wytwarzania mocznika, różnych typów, bazujących na technologii odpędzania CO2 lub NH3 z mieszaniny reakcyjnej opuszczającej przestrzeń reakcyjną i obejmujących jednostkę rozkładu karbaminianu zlokalizowaną pomiędzy przestrzenią reakcyjną i sekcją odzyskiwania mocznika, problem ten został ostatnio rozwiązany poprzez poddanie odpędzaniu rozcieńczonego roztworu karbaminianu, opuszczającego sekcję odzyskiwania mocznika z zawracaniem par do przestrzeni reakcyjnej po uprzednim ich skropleniu, co ujawniono w EP-A-0 796 244.

Porównując, reakcja syntezy według tych sposobów jest przeprowadzana pod ciśnieniami na ogół w granicach 14-16 MPa i przy proporcjach molowych NH3/CO2 niższych od 3,2, które to wartości są znacząco niższe, od wartości roboczych procesów, do których odnosi się obecny wynalazek.

Technicznym problemem leżącym u podstaw obecnego wynalazku jest odpowiednie zaprojektowanie i dostarczenie sposobu wytwarzania mocznika o wysokiej wydajności, prostego technicznie do realizacji i wymagającego niskiego zużycia energii i o niskich nakładach operacyjnych.

Wynalazek obejmuje sposób wytwarzania mocznika, w którym prowadzi się etapy:

- wprowadzania amoniaku i dwutlenku węgla do przestrzeni reakcyjnej;

- poddawania reakcji amoniaku z dwutlenkiem węgla w przestrzeni reakcyjnej, otrzymując mieszaninę reakcyjną zawierającą mocznik, karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze;

- wprowadzania wymienionej mieszaniny do sekcji odzyskiwania mocznika;

- oddzielania karbaminianu i wolnego amoniaku w roztworze wodnym od mocznika w sekcji odzyskiwania; przy czym według wynalazku dalej prowadzi się etapy, w których:

- poddaje się co najmniej część karbaminianu i wolnego amoniaku w roztworze wodnym, otrzymanych w sekcji odzyskiwania mocznika, obróbce częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielenia amoniaku, otrzymując strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej oraz strumień zawierający pozostały karbaminian w roztworze wodnym;

188 569

- poddaje się strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej co najmniej częściowej kondensacji, otrzymując strumień zawierający stężony karbaminian w wodnym roztworze;

- zasila się wymienionym stężonym karbaminianem przestrzeń reakcyjną.

Korzystnie do przestrzeni reakcyjnej wprowadza się co najmniej część dwutlenku węgla uprzednio wykorzystywanego jako czynnik odpędzający w trakcie etapu częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania amoniaku.

Reakcję pomiędzy amoniakiem i dwutlenkiem węgla przeprowadza się w przestrzeni reakcyjnej pod ciśnieniem wynoszącym pomiędzy 17 i 25 MPa, korzystnie pomiędzy 18 i 24 MPa. Obróbkę częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania amoniaku przeprowadza się pod ciśnieniem zasadniczo odpowiadającym ciśnieniu w przestrzeni reakcyjnej.

Ponadto, dalej przeprowadza się etap, w którym do sekcji odzyskiwania mocznika wprowadza się strumień zawierający pozostały karbaminian w wodnym roztworze, uzyskany z obróbki częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania wolnego amoniaku, przy czym co najmniej 50% wymienionego karbaminianu w wodnym roztworze poddaje się obróbce częściowego rozkładu.

Korzystnie, do przestrzeni reakcyjnej wprowadza się co najmniej 60% dwutlenku węgla uprzednio wykorzystywanego jako czynnik odpędzający w trakcie etapu częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania amoniaku.

W niniejszym opisie patentowym i w załączonych zastrzeżeniach patentowych termin „stężony karbaminian w wodnym roztworze” należy rozumieć jako roztwór karbaminianu mający bardzo małą zawartość wody (tylko kilka %).

Według wynalazku co najmniej część karbaminianu oraz wolnego amoniaku w roztworze wodnym, opuszczająca sekcję odzyskiwania mocznika jest dogodnie poddawana obróbce częściowego rozkładu, która umożliwia oddzielenie nieprzereagowanego amoniaku i dwutlenku węgla z roztworu bogatego w wodę i zawierającego pozostały karbaminian.

W konsekwencji, nieprzereagowane substancje, które mają być zawrócone, mają bardzo niską zawartość wody, a zatem jest możliwe drastyczne ograniczenie zasilania wodą przestrzeni reakcyjnej, co umożliwia wysoką wydajność konwersji.

Niespodziewanie stwierdzono, że wydajność konwersji osiągana sposobem według wynalazku jest nie tylko wyższa aniżeli wydajność konwersji osiąganych sposobem ujawnionym w EP-A-0 479 103, ale jest nawet wyższa niż typowe wydajności konwersji sposobów pracujących przy wysokich proporcjach molowych NH3/CO2 i pod ciśnieniami wyższymi od 20 MPa, opisanych powyżej w odniesieniu do uprzedniego stanu techniki.

Otrzymywanie wysokich wydajności konwersji umożliwia znaczące zmniejszenie ilości karbaminianu i nieprzereagowanych substancji, które muszą być oddzielane od mieszaniny reakcyjnej, umożliwiając zatem odciążenie sekcji zlokalizowanych za przestrzenią reakcyjną i uzyskanie wysokich oszczędności inwestycyjnych, kosztów operacyjnych i konserwacji instalacji przeznaczonej do wdrożenia takich procesów, jak również zmniejszenie zuzycia energii i materiałów (na przykład gazowych).

W tym względzie zadowalające wyniki zostały osiągnięte poprzez poddanie co najmniej 50% - na przykład między 60 i 100% - karbaminianu w roztworze wodnym obróbce częściowego rozkładu.

Zgodnie z korzystnym i szczególnie dogodnym przykładem praktycznej realizacji wynalazku, co najmniej część dwutlenku węgla podawanego do przestrzeni reakcyjnej została uprzednio użyta jako czynnik odpędzający w trakcie etapu częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielenia wolnego amoniaku.

W ten sposób możliwe jest uzyskanie rozkładu karbaminianu i oddzielenia wolnego amoniaku, które są bardzo efektywne nawet pod wyjątkowo wysokimi ciśnieniami, tj. wyzszymi od 20 MPa, które na ogół są stosowane w procesach tego typu.

Innymi słowy, to szczególne wykorzystanie dwutlenku węgla celem zasilania przestrzeni reakcyjnej dogodnie umożliwia - niezależnie od ciśnienia operacyjnego, które zatem może być nawet bardzo wysokie - udoskonalenie etapu rozkładu karbaminianu i oddzielenia amoniaku

188 569 pochodzącego z sekcji odzyskiwania mocznika i w konsekwencji przyspiesza oddzielanie wody od nieprzereagowanych substancji zawracanych do przestrzeni reakcyjnej.

Korzystnie co najmniej 60% dwutlenku węgla zasilającego przestrzeń reakcyjną zużytkowuje się jako czynnik odpędzajacy w etapie częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania amoniaku.

Dzięki obecnemu wynalazkowi reakcja pomiędzy amoniakiem i dwutlenkiem węgla jest dogodnie przeprowadzana w przestrzeni reakcyjnej pod ciśnieniem wynoszącym pomiędzy 17 i 25 MPa, korzystnie pomiędzy 18 i 24 MPa.

Ponadto, celem uzyskania wysokiego stopnia rozkładu karbaminianu i oddzielania wolnego amoniaku z wodnego roztworu, obróbka rozkładu i częściowe oddzielanie korzystnie jest przeprowadzane pod ciśnieniem zasadniczo odpowiadającym ciśnieniu w przestrzeni reakcyjnej.

Na koniec, celem udoskonalenia i wspomagania etapów kondensacji i oddzielania nieprzereagowanych substancji w sekcji odzyskiwania mocznika, strumień zawierający pozostały karbaminian w wodnym roztworze uzyskany po obróbce częściowego rozkładu i częściowego oddzielenia wolnego amoniaku jest dogodnie podawany do sekcji odzyskiwania.

W odniesieniu do obecnego wynalazku warte jest podkreślenia, że sytuacja przeprowadzania częściowego rozkładu karbaminianu i oddzielenia wolnego amoniaku w obrębie wodnego roztworu karbaminianu, który jest zawracany do przestrzeni reakcyjnej, w sposobie typu opisanego powyżej w odniesieniu do stanu techniki, z przestrzenią reakcyjną pracującą pod ciśnieniami wyższymi od 20 MPa, nie była oczywista wobec wszystkich danych zawartych w danych według stanu techniki.

Właściwie, z powodu wewnętrznej charakterystyki procesu, nie można było przewidywać - zgodnie ze stanem techniki - że możliwy jest stan efektywnego zastosowania technologii ujawnionej w EP-A-0 796 244 w odniesieniu do izobarycznych procesów odpędzania CO2 lub NH3, bez nastąpienia pogorszenia wydajności konwersji.

Obniżenie ciśnienia pracy w komorze reakcyjnej do wartości pomiędzy 14 i 16 MPa, jak w przypadku procesu ujawnionego w EP-A-0 796 244, umożliwiłoby uzyskanie efektywnego rozkładu karbaminianu i oddzielania wolnego amoniaku w sekcji odzyskiwania mocznika, ale jednocześnie wywołałoby - zgodnie z aktualną wiedzą według stanu techniki - odpowiednie, drastyczne i nieuniknione obniżenie wydajności konwersji.

Z drugiej strony, utrzymywanie niezmienionego ciśnienia pracy w komorze reakcyjnej tj. rzędu 20 MPa - byłoby zasadniczo tym samym, co rezygnowanie z korzyści uzyskiwanych z dodatkowego etapu rozkładu zawracanego roztworu, ponieważ rozkład karbaminianu i oddzielanie wolnego amoniaku są bardzo trudne i w każdym przypadku zasadniczo zmniejszone pod takimi ciśnieniami.

Jedynie postępując według wyników badań przeprowadzonych przez zgłaszającego, powyższe problemy techniczne mogą być rozwiązane sposobem, który do oddzielenia wody ze strumienia karbaminianu - wodnego roztworu, opuszczającego sekcję odzyskiwania mocznika i wysyłanego do komory reakcyjnej, zapewnia wyjątkowo prosty ekonomiczny i efektywny sposób, bez wymienionych powyżej wad według stanu techniki.

Zgodnie z innym aspektem według obecnego wynalazku, problem techniczny przytoczony powyżej jest rozwiązywany w instalacji, zaprojektowanej do wyżej wymienionego procesu wytwarzania mocznika, obejmującej reaktor syntezy mocznika; środki do zasilania amoniakiem i dwutlenkiem węgla reaktora syntezy mocznika; sekcję odzyskiwania z mieszaniny reakcyjnej zawierającej mocznik, karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze, opuszczającej reaktor syntezy mocznika, dla oddzielenia mocznika od karbaminianu i wolnego amoniaku w wodnym roztworze.

Instalacja ta według wynalazku wyposażona jest w jednostkę odpędzania co najmniej części karbaminianu i wolnego amoniaku w wodnym roztworze, otrzymywanych w sekcji odzyskiwania mocznika, poddawanych obróbce częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego odzyskiwania wolnego amoniaku, z uzyskaniem strumienia zawierającego amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej i strumienia zawierającego pozostały karbaminian w roztworze wodnym; oraz w środki do kondensacji co najmniej częściowo par opuszczających

188 569 jednostkę odpędzania, z uzyskaniem strumienia zawierającego stężony karbaminian w roztworze wodnym; a także w środki do wprowadzania stężonego karbaminianu do reaktora syntezy mocznika.

Instalacja ta dalej posiada środki do doprowadzania co najmniej części dwutlenku węgla, który ma być podawany do reaktora syntezowego, do jednostki odpędzającej; oraz środki do podawania strumienia zawierającego pozostały karbaminian w wodnym roztworze od jednostki odpędzającej do sekcji odzyskiwania mocznika.

Zgodnie z obecnym wynalazkiem, instalacje projektowane do przeprowadzania procesów wytwarzania mocznika mogą być dostarczone zarówno jako nowe lub jako zmodyfikowane uprzednio istniejące instalacje, zapewniające zwiększenie wydajności produkcyjnej i jednoczesne udoskonaloną sprawność z punktu widzenia zużycia energii.

Zgodnie z innym aspektem obecny wynalazek odpowiednio podaje dostępny sposób modernizacji instalacji wytwarzania mocznika, typu który obejmuje:

- reaktor syntezy mocznika;

- środki do zasilania amoniakiem i dwutlenkiem węgla reaktora syntezy mocznika;

- sekcję odzyskiwania z mieszaniny reakcyjnej zawierającej mocznik, karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze, opuszczającej reaktor syntezy mocznika, przez oddzielenie mocznika od karbaminianu i wolnego amoniaku w wodnym roztworze; który polega na tym, że instaluje się jednostkę odpędzania, w której poddaje się co najmniej część karbaminianu i wolnego amoniaku, w wodnym roztworze otrzymanym w sekcji odzyskiwania mocznika, obróbce częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania wolnego amoniaku, z uzyskaniem strumienia zawierającego amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej i strumienia zawierającego pozostały karbaminian w roztworze wodnym;

- dostarcza się środki do skraplania co najmniej części par opuszczających jednostkę odpędzania, z uzyskaniem w ten sposób strumienia zawierającego stężony karbaminian w roztworze wodnym;

- dostarcza się środki do zasilania stężonym karbaminianom reaktora syntezy mocznika.

Dalsze charakterystyki i zalety obecnego wynalazku są przytoczone w szczegółowym opisie przykładu jego praktycznej realizacji, z odniesieniem do załączonego rysunku, przy czym przykład ten nie ogranicza zakresu wynalazku.

Figura 1 przedstawia schematycznie i wycinkowo instalację wytwarzania mocznika wykonaną zarówno jako nowa jak i drogą modernizacji tradycyjnej instalacji przez wdrożenie sposobu według wynalazku.

Wynalazek opisano za pomocą jedynie upraszczającej opis, schematycznie przedstawionej na fig. 1 tylko części instalacji wytwarzania mocznika; pominięte sekcje nie mają istotnego znaczenia dla zrozumienia obecnego wynalazku.

Poza tym konkretne odniesienia będą dokonywane do przewodów łączących różne części instalacji, dalej opisane i przedstawione na fig. 1, jedynie jeśli to jest bezwzględnie konieczne.

W odniesieniu do fig. 1, całościowo jako 1 oznaczono instalację wytwarzania mocznika według wynalazku, typu z pełnym zawracaniem tj., w której reagenty są zawracane do przestrzeni reakcyjnej.

Dogodnie instalacja 1 obejmuje reaktor syntezy mocznika 2 (lub przestrzeń reakcyjną), sekcję odzyskiwania 3 wytworzonego mocznika, składającą się z kolei z kilku aparatów operujących zarówno pod wysokimi i niskimi ciśnieniami - które szczegółowo zostaną opisane poniżej - i sekcję 4 rozkładu karbaminianu i kondensacji.

Jak zostanie wykazane, sposób wytwarzania mocznika według obecnego wynalazku umożliwia uzyskiwanie w reaktorze syntezy mocznika 2 wydajności wynoszących pomiędzy 70% i 78%.

Przykładowymi warunkami roboczymi reaktora syntezy mocznika 2, uzyskiwanymi w przypadku obecnego wynalazku są: proporcja molowa NH3/CO2 3,8, proporcja molowa H2O/CO2 0,1, wydajność konwersji 75%, ciśnienie 220 barów, temperatura 195°C.

188 569

Figura 1 nie przedstawia sekcji próżniowej, która jest integralną częścią sekcji odzyskiwania mocznika 3 oraz sekcji obróbki i wykańczania stężonego roztworu mocznika, która jest zlokalizowana za sekcją 3, gdyż wymienione sekcje są znanego typu i nie są objęte wynalazkiem.

Sekcja odzyskiwania mocznika 3 obejmuje średniociśnieniowy aparat do rozkładu karbaminianu 5 i jednostkę kondensacyjną 6 (około 1,8 MPa), niskociśnieniowy aparat do rozkładu karbaminianu 7 i jednostkę kondensacyjną 8 (około 0,4 MPa) oraz kolumnę destylacyjną amoniaku.

Sekcja 4 rozkładu karbaminianu i kondensacji obejmuje z kolei wysokociśnieniową jednostkę odpędzającą (17-25 MPa) lub kolumnę odpędzającą 10 do częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania wolnego amoniaku w roztworze wodnym, pochodzącym z sekcji odzyskiwania mocznika 3, jak również, odpowiednio, aparat do rozkładu karbaminianu 11 (fakultatywny) i kondensator karbaminianowy 12 do rozkładu strumienia zawierającego pozostały karbaminian w wodnym roztworze, pochodzący z kolumny odpędzającej 10 i do absorpcji par opuszczających ten ostatni.

Jako 13 i 14 oznaczone są, odpowiednio, kanały zasilania strumieniem zawierającym amoniak i strumieniem zawierającym dwutlenek węgla.

Od kanału 14 odgałęzia się kanał - wskazany jako 15 - zasilania strumieniem gazowym zawierającym dwutlenek węgla do niskociśnieniowego aparatu do rozkładu karbaminianu 7.

Dwutlenek węgla zasilający reaktor 2 jest dogodnie podawany kanałami 14a i 14b, odpowiednio, do jednostki odpędzającej 10 i do kondensacji karbaminianu 12. Kanał 14b jest w pełni fakultatywny jako, że - zgodnie z praktyczną realizacją według wynalazku - cały dwutlenek węgla, który ma być wysłany do reaktora 2 może być dogodnie podawany do kolumny odciągającej i jest zatem przedstawiony na fig. 1 linią przerywaną.

Reaktor 2 jest połączony - końcówką przy dnie i przez kanały 16 i 17 - z kondensatorem karbaminianu 12, z którego wychodzi strumień zawierający stężony karbaminian w wodnym roztworze, i z jednostką kondensacyjną 6, z której wychodzi strumień zawierający karbaminian i wolny amoniak w roztworze wodnym.

Reaktor 2 jest również połączony - przez przeciwległy górny koniec i przez kanał 18 - z wysokociśnieniowym aparatem do rozkładu karbaminianu 5, do którego podawana jest mieszanina zawierająca mocznik, karbaminian i wolny amoniak w roztworze wodnym.

Pary zasadniczo zawierające wodę, amoniak i dwutlenek węgla otrzymywane w aparacie do rozkładu karbaminianu 5 są wysyłane do odpowiedniej jednostki kondensacyjnej 6 przez kanał 19, podczas gdy uzyskany roztwór mocznika jest przesyłany do drugiego aparatu do rozkładu karbaminianu 2 przez kanał 20.

W aparacie do rozkładu karbaminianu 7 roztwór mocznika jest dalej zatęzany i przesyłany przez kanał 21 do sekcji próżniowej, nie pokazanej. W tym samym czasie pary otrzymane w wyniku tego drugiego rozkładu są podawane do odpowiedniej jednostki kondensacyjnej 8 kanałem 22.

Strumień zawierający karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze, otrzymany w jednostce 8 jest wysyłany do jednostki kondensacyjnej 6 przez kanał 23, przechodząc przez kolumnę destylacyjną amoniaku 9, z której jest zawracany łącznie ze strumieniem zawierającym karbaminian, i wolny amoniak w wodnym roztworze, otrzymany przez kondensację par pochodzących z aparatu do rozkładu 5, przez kanał 17 do reaktora 2 i dogodnie przez kanał 24 do sekcji rozkładu karbaminianu i kondensacji 4, a dokładniej do kolumny odpędzającej 10.

Szczególnie zadowalające wyniki zostały osiągnięte poprzez podawanie co najmniej 50%, korzystnie pomiędzy 50-70%, strumienia zawierającego karbaminian i wolny amoniak w roztworze wodnym, opuszczającego jednostkę kondensacyjną 6 do sekcji rozkładu karbaminianu i kondensacji 4.

Poprzez odnośne oznaczenia 24-27, odpowiednio, są wskazane kanały do podawania lub zawracania strumieni zawierających amoniak, odpowiednio, w fazie gazowej lub ciekłej do kolumny destylacyjnej amoniaku 9.

Poprzez odnośne liczby 28-30, odpowiednio, są wskazane kanały do podawania strumienia gazowego zawierającego H2O, CO2 i NH3 pochodzącego z sekcji obróbki (nie pokazanej) stężonego roztworu mocznika, roztworu wodnego zawierającego CO2 i NH3 pochodzące188 569 go z sekcji próżniowej (nie pokazanej) i strumienia gazowego zawierającego CO2, NH3 i H2O do sekcji próżniowej.

Ponieważ kanały 24-30 jako takie są typowe, to zatem nie będą opisywane bardziej szczegółowo.

Strumień zawierający karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze dogodnie są podawane przez kanał 24 do kolumny odpędzającej 10, gdzie jest poddany obróbce częściowego rozkładu i częściowego oddzielenia amoniaku. W ten sposób jest otrzymywany strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej, który jest podawany przez kanał 31 do kondensatora karbaminu 12, oraz strumień zawierający pozostały karbaminian w roztworze wodnym korzystnie zawracany do sekcji odzyskiwania mocznika 3.

Według przykładu przedstawionego na fig. 1 strumień zawierający pozostałość karbaminianu w wodnym roztworze, pochodzący z kolumny odpędzającej 10 jest odpowiednio podawany przez kanał 32 do aparatu do rozkładu karbaminianu 11, otrzymując w ten sposób strumień gazowy zawierający CO2 i NH3 zawracany przez kanały 33 i 19 do jednostki kondensacyjnej 6 oraz strumień zawierający bardzo rozcieńczony karbaminian w wodnym roztworze podawany przez kanał 34 do sekcji próżniowej, nie pokazanej.

W kondensatorze 12 strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej jest dogodnie skraplany - co najmniej częściowo - otrzymując w ten sposób strumień zawierający stężony karbaminian w roztworze wodnym podawany do reaktora 2 przez kanał 16.

W ten sposób możliwe jest drastyczne obniżenie ilości zawracanej wody wysyłanej do przestrzeni reakcyjnej (reaktor 2), pozwalając aby ten ostatni pracował przy wyjątkowo niskich proporcjach molowych H2O/CO2, w pełni wykorzystując wysoką całkowitą wydajność konwersji dwutlenku węgla do mocznika.

Wysoka wydajność konwersji uzyskiwanej w reaktorze 2 umożliwia także ograniczenie ilości wytwarzanego karbaminianu i zatem - korzystnie - odciążenie dalszych sekcji, w szczególności sekcji odzyskiwania mocznika, które mogą zatem pracować w warunkach procesowych znacznie mniej obciążonych niż warunki projektowe, co zapewnia wysokie oszczędności energii.

Innymi słowy, zgodnie ze sposobem według obecnego wynalazku, co najmniej część karbaminianu i wolnego amoniaku w roztworze wodnym otrzymywanym w sekcji odzyskiwania mocznika 3 jest poddawana (sekcja 4, jednostka odciągająca 10) obróbce częściowego rozkładu karbaminianu i częściowej separacji wolnego amoniaku, otrzymując w ten sposób strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej, i strumień zawierający pozostały karbaminian w roztworze wodnym. Strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej jest następnie poddawany (sekcja 4, kondensator 12) co najmniej częściowemu skraplaniu, otrzymując w ten sposób strumień zawierający stężony karbaminian w wodnym roztworze, który jest dogodnie podawany do przestrzeni reakcyjnej (reaktor 2).

Jak podkreślono powyżej, zgodnie z korzystnym i szczególnie dogodnym przykładem praktycznej realizacji, przedstawionym na fig. 1, co najmniej część dwutlenku węgla podawana do przestrzeni reakcyjnej (reaktor 2) jest uprzednio wykorzystywana jako czynnik odędzający w trakcie etapu częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania wolnego amoniaku (sekcja 4, jednostka odpędzająca 10).

W ten sposób uzyskiwany jest bardzo efektywny rozkład roztworu, który jest zawracany do reaktora 2, niezależnie od ciśnienia pracy i zatem również pod ciśnieniami wyższymi od 20 MPa.

Szczególnie zadowalające wyniki wydajności konwersji oraz oszczędności energii otrzymano przy pracy wewnątrz przestrzeni reakcyjnej pod ciśnieniem korzystnie wynoszącym pomiędzy 18 a 14 MPa.

Ponadto, rozkład karbaminianu i sekcja kondensacyjna 4 korzystnie mogą funkcjonować pod tym samym ciśnieniem jak i przestrzeń reakcyjna.

W szczególności, pod ciśnieniami wynoszącymi pomiędzy 18 a 24 MPa i przy zasilaniu dwutlenkiem węgla jednostki odpędzającej 10, możliwe jest uzyskanie efektywnego rozkładu karbaminianu i kolejno skraplania par zawierających CO2 i NH3.

188 569

Instalacja przedstawiona na fig. 1 może być nową instalacją lub - zgodnie z korzystnym przykładem praktycznej realizacji według wynalazku - może być wykonana poprzez modernizację uprzednio istniejącej instalacji wytwarzającej mocznik.

Dogodnie modernizacja instalacji do wytwarzania mocznika typu, który obejmuje reaktor syntezy mocznika 2 i sekcję odzyskiwania 3 mieszaniny reakcyjnej zawierającej mocznik, karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze pochodzącym z reaktora 2 celem oddzielenia mocznika od karbaminianu i wolnego amoniaku w roztworze wodnym, charakteryzuje się tym, że instaluje się jednostkę odpędzającą 10, celem poddania co najmniej części karbaminianu i wolnego amoniaku w wodnym roztworze, otrzymanego w sekcji odzyskiwania mocznika 3, obróbce częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania wolnego amoniaku, otrzymując w ten sposób strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej, i strumień zawierający pozostały karbaminian w wodnym roztworze;

- dostarcza się środki (kondensator karbaminianu 12) do skraplania co najmniej części par opuszczających jednostkę odpędzającą 10, otrzymując w ten sposób strumień zawierający stężony karbaminian w wodnym roztworze; i

- dostarcza się środki (kanał 16) do podawania stężonego karbaminianu do reaktora syntezy mocznika 2.

Zgodnie ze szczególnie korzystną cechą wynalazku, zmodernizowany sposób obejmuje dalszy etap dostarczania środków (14a) do podawania co najmniej części dwutlenku węgla, który ma zasilać reaktor syntezy 2 przez jednostkę odpędzającą 10.

Korzystnie sposób taki również obejmuje etap:

- dostarczenia środków (kanały 32-34) do podawania strumienia zawierającego pozostały karbaminian w wodnym roztworze od jednostki odpędzającej 10 do sekcji odzyskiwania mocznika 3.

W opisie i w załączonych zastrzeżeniach patentowych termin „środki zasilania” należy rozumieć jako oznaczający ogólnie rozmaite części instalacji, takie jak na przykład kanały, pompy i kompresory, które służą do transportowania płynu ciekłego lub gazowego z jednej do drugiej części instalacji.

Ponadto, termin „środki kondensacji” należy rozumieć jako oznaczający aparaty instalacji przeznaczone do skraplania (co najmniej częściowego) strumieni zasadniczo gazowych, takie jak na przykład kondensator karbaminianu 12.

188 569

188 569

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz Cena 4,00 zł

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania mocznika, w którym prowadzi się etapy:

   - wprowadzania amoniaku i dwutlenku węgla do przestrzeni reakcyjnej;

   - poddawania reakcji amoniaku z dwutlenkiem węgla w przestrzeni reakcyjnej, otrzymując mieszaninę reakcyjną zawierającą mocznik, karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze;

   - wprowadzania wymienionej mieszaniny do sekcji odzyskiwania mocznika;

   - oddzielania karbaminianu i wolnego amoniaku w roztworze wodnym od mocznika w sekcji odzyskiwania; znamienny tym, że dalej prowadzi się etapy, w których:

   - poddaje się co najmniej część karbaminianu i wolnego amoniaku w roztworze wodnym, otrzymanych w sekcji odzyskiwania mocznika, obróbce częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielenia amoniaku, otrzymując strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej oraz strumień zawierający pozostały karbaminian w roztworze wodnym;

   - poddaje się strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej co najmniej częściowej kondensacji, otrzymując strumień zawierający stężony karbaminian w wodnym roztworze;

   - zasila się wymienionym stężonym karbaminianem przestrzeń reakcyjną.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do przestrzeni reakcyjnej wprowadza się co najmniej część dwutlenku węgla uprzednio wykorzystywanego jako czynnik odpędzający w trakcie etapu częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania amoniaku.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że reakcję pomiędzy amoniakiem i dwutlenkiem węgla przeprowadza się w przestrzeni reakcyjnej pod ciśnieniem wynoszącym pomiędzy 17 i 25 MPa, korzystnie pomiędzy 18 i 24 MPa.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że obróbkę częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania amoniaku przeprowadza się pod ciśnieniem zasadniczo odpowiadającym ciśnieniu w przestrzeni reakcyjnej.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dalej przeprowadza się etap, w którym:

   - do sekcji odzyskiwania mocznika wprowadza się strumień zawierający pozostały karbaminian w wodnym roztworze uzyskany z obróbki częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania wolnego amoniaku.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej 50% wymienionego karbaminianu w wodnym roztworze poddaje się obróbce częściowego rozkładu.
7. 7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, ze do przestrzeni reakcyjnej wprowadza się co najmniej 60% dwutlenku węgla uprzednio wykorzystywanego jako czynnik odpędzający w trakcie etapu częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania amoniaku.
8. 8. Instalacja do wytwarzania mocznika obejmująca:

   - reaktor syntezy mocznika (2);

   - środki (13, 14) do zasilania amoniakiem i dwutlenkiem węgla reaktora syntezy mocznika (2);

   - sekcję odzyskiwania (3) z mieszaniny reakcyjnej zawierającej mocznik, karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze, opuszczającej reaktor syntezy mocznika (2), dla oddzielenia mocznika od karbaminianu i wolnego amoniaku w wodnym roztworze; znamienna tym, że wyposażona jest w

   - jednostkę odpędzania (10), co najmniej części karbaminianu i wolnego amoniaku w wodnym roztworze otrzymanych w sekcji odzyskiwania mocznika (3), poddawanych obróbce częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego odzyskiwania wolnego amoniaku, z uzyskaniem strumienia zawierającego amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej i strumienia zawierającego pozostały karbaminian w roztworze wodnym;

   188 569

   - środki (12) do kondensacji co najmniej częściowo par opuszczających jednostkę odpędzania, z uzyskaniem strumienia zawierającego stężony karbaminian w roztworze wodnym;

   - środki (16) do wprowadzania stężonego karbaminianu do reaktora syntezy mocznika.
9. 9. Instalacja według zastrz. 8, zn amienna tym, ze dalej obejmuje:

   - środki (14n) do wprowadzania co najmniej części dwutlenku węgla, przeznaczonego do podawania do reaktora syntezy, do jednostki odpędzania (10).
10. 10. Instalacja według zastrz. 8, znamienna tym, że dalej posiada środki (32-34) do podawania strumienia zawierającego pozostały karbaminian w wodnym roztworze od jednostki odpędzającej (1) do sekcji odzyskiwania mocznika (3).
11. 11. Sposób modernizacji instalacji do wytwarzania mocznika obejmującej:

    - reaktor syntezy mocznika (2);

    - środki (13, 14) do zasilania amoniakiem i dwutlenkiem węgla reaktora syntezy mocznika (2);

    - sekcję odzyskiwania (3) z mieszaniny reakcyjnej zawierającej mocznik, karbaminian i wolny amoniak w wodnym roztworze, opuszczającej reaktor syntezy mocznika (2), dla oddzielenia mocznika od karbaminianu i wolnego amoniaku w wodnym roztworze; znamienny tym, że instaluje się jednostkę odpędzania (10), dla poddawania co najmniej części karbaminianu i wolnego amoniaku w wodnym roztworze, otrzymanych w sekcji odzyskiwania mocznika (3), obróbce częściowego rozkładu karbaminianu i częściowego oddzielania wolnego amoniaku, z uzyskaniem strumienia zawierającego amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej i strumienia zawierającego pozostały karbaminian w roztworze wodnym; oraz środki (12) do kondensacji co najmniej częściowo par opuszczających jednostkę odpędzania, z uzyskaniem strumienia zawierającego stężony karbaminian w roztworze wodnym; i środki (16) do zasilania stężonym karbaminianem reaktora syntezy mocznika.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienne tym, że dalej instaluje się środki (14a) do podawania co najmniej części dwutlenku węgla, który ma być podawany do reaktora syntezowego (2), do jednostki odpędzania (10).
13. 13. Sposób według zastrz. 11, znamienne tym, że dalej instaluje się środki (32-34) do podawania strumienia zawierającego pozostały karbaminian w wodnym roztworze od jednostki odpędzania (1) do sekcji odzyskiwania mocznika (3).